Номер 10, страница 202 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. В замкнутый сосуд поместили водород химическим количеством 6 моль и азот количеством 4 моль и нагрели до 450 °C в присутствии катализатора. Определите объёмную долю аммиака в конечной смеси, если доля вступившего в реакцию азота равна 15 %.

Дано:

Начальное химическое количество водорода, $n_{исх}(H_2) = 6$ моль

Начальное химическое количество азота, $n_{исх}(N_2) = 4$ моль

Доля вступившего в реакцию азота = 15 %

Найти:

Объёмную долю аммиака в конечной смеси, $\phi(NH_3)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции синтеза аммиака:

$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

2. Определим количество вещества азота, которое вступило в реакцию. Согласно условию, это 15% от начального количества азота.

$n_{реаг}(N_2) = n_{исх}(N_2) \times 0,15 = 4 \text{ моль} \times 0,15 = 0,6$ моль

3. Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции ($1:3:2$), рассчитаем количество вещества водорода, которое прореагировало, и количество вещества аммиака, которое образовалось.

Количество прореагировавшего водорода:

$n_{реаг}(H_2) = 3 \times n_{реаг}(N_2) = 3 \times 0,6 \text{ моль} = 1,8$ моль

Количество образовавшегося аммиака:

$n_{обр}(NH_3) = 2 \times n_{реаг}(N_2) = 2 \times 0,6 \text{ моль} = 1,2$ моль

4. Теперь рассчитаем количества всех веществ в конечной газовой смеси.

Конечное количество азота (оставшееся после реакции):

$n_{кон}(N_2) = n_{исх}(N_2) - n_{реаг}(N_2) = 4 \text{ моль} - 0,6 \text{ моль} = 3,4$ моль

Конечное количество водорода (оставшееся после реакции):

$n_{кон}(H_2) = n_{исх}(H_2) - n_{реаг}(H_2) = 6 \text{ моль} - 1,8 \text{ моль} = 4,2$ моль

Конечное количество аммиака:

$n_{кон}(NH_3) = n_{обр}(NH_3) = 1,2$ моль

5. Найдем общее химическое количество всех газов в конечной смеси, просуммировав количества каждого компонента.

$n_{общ} = n_{кон}(N_2) + n_{кон}(H_2) + n_{кон}(NH_3) = 3,4 + 4,2 + 1,2 = 8,8$ моль

6. Объемная доля газа в смеси равна его мольной доле (согласно закону Авогадро). Рассчитаем объемную долю аммиака ($\phi(NH_3)$).

$\phi(NH_3) = \frac{n_{кон}(NH_3)}{n_{общ}} = \frac{1,2 \text{ моль}}{8,8 \text{ моль}} \approx 0,13636$

Для получения ответа в процентах, умножим полученное значение на 100%.

$\phi(NH_3) \approx 0,13636 \times 100\% \approx 13,64\%$

Ответ: объёмная доля аммиака в конечной смеси составляет 13,64 %.